Кузин В.А., Ковальчук А.Н. - Красноярский государственный

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
УДАЛЕНИЯ НАВОЗА ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ
Кузин В.А., Ковальчук А.Н.
Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия
The article describes the structure elements of the technological line for manure removal, intended for farms of Siberian region.
Поточная технологическая линия (ПТЛ) удаления обычно состоит из системы сбора экскрементов в животноводческих постройках и системы подачи
их в хранилище.
Для сбора навоза в животноводческих помещениях используют механическую (с применением стационарных и мобильных средств), гидравлическую
(гидросмывную и самосплавную) и комбинированную системы.
При механической системе навоз из животноводческих помещений удаляют механическими стационарными и мобильными средствами.
Механические мобильные средства – это скреперные и бульдозерные
устройства, навешенные тракторы. Применение таких средств связано с нахождение трактора в животноводческом помещении, что ведет к охлаждению помещения, загазованности воздуха выхлопными газами и создает возможность
перемерзания тупиковых систем автопоения и доения. При удалении навоза
мобильным средством для исключения возможных травм животных их на период чистки необходимо из помещения удалять. Из-за указанных недостатков в
Красноярском крае мобильные средства удаления применяются крайне редко.
Механические стационарные средства – это цепочно-скребковые транспортеры кругового движения, штанговые транспортеры возвратнопоступательного движения, скреперные установки.
Наибольшее распространение нашли цепочно-скребковые транспортеры
кругового движения. Они имеют прочную якорную цепь с металлическими
скребками и раздельные привода горизонтального и наклонного транспортеров.
В работе они надежны и долговременны при правильной эксплуатации. Слабым
звеном является наклонный транспортер, т.к. верхний его конец с силовой
станцией находится вне помещения. Цепь в морозы примерзает к дну транспортера; в месте погрузки в транспортное средство обычно на полу накапливается
навоз, что ведет к загрязнению тамбура.
Штанговые транспортеры возвратно-поступательного движения в Красноярском крае применяются редко из-за низкой эксплуатации надежности. Это
объясняется тем, что ход штанги меньше двух расстояний между скребками и
поэтому отказ в работе одного скребка ведет к переполнению навозного лотка в
этом месте и выходу из строя всей установки. Снижают надежность этих
транспортеров также инерционные усилия, действующие на приводные устройства и штанги. Ненадежна также и защита от перегрузки рабочего органа.
Скреперные установки имеют удовлетворительную надежность, хорошую
защиту от перезагрузки, но не универсальны. Так ТС-1 работает только в глубоких лотках закрытых решетками и хорошо себя зарекомендовал в свинарниках. Транспортер УС-15 рассчитан на беспривязно-боксовое содержание скота
и применяется для очистки навозных проходов шириной 1,8-2,2 м. Обе установки могут применяться при привязном содержании скота после коренной переделки.
Известны два варианта гидравлической системы – гидросмыв и самосплав. При гидросмыве навоз движется за счет кинетической энергии струи
воды по лотку, имеющему уклон дна не менее i=0,02. При этом для смыва 1
тонны навоза расходуется на 3-5 тонн воды. Гидросмыв приемлем либо на малых фермах, где возможно хранение жидких стоков в специальных хранилищах
для обеззараживания от патогенной микрофлоры и семян, или на крупных промышленных комплексах, имеющих в своем составе очистные сооружения стоимостью в несколько миллионов рублей. Рециркуляция части стоков для смыва
навоза уменьшает расход воды, но значительно ухудшает микроклимат в помещениях и увеличивает возможность вспышки эпизоотий.
При самосплаве движение навоза зависит от ряда причин. Навоз крупного
рогатого скота, убираемый самотеком в системах непрерывного действия, можно рассматривать как пластический материал с псевдопластическими особенностями текучести и тиксотропными свойствами. Он обладает текучестью подобно пластическим материалам и занимает место между твердым навозом, как
сыпучим материалом, и навозной жижей, как жидкостью. Точка текучести или
предел текучести у навоза, убираемого самосплавом, очень низка и составляет
5-10 кг/м², отсюда особенности текучести, как у пластичных материалов.
Навоз начинает течь тогда, когда сдвигающее напряжение, возникающее
в результате гидростатического давления, выше точки текучести, то есть выше,
чем внутреннее сопротивление трению, включая трение о стенки канала. Если
бы навоз, убираемы самосплавом, не имел точки текучести, то он вел бы себя,
как вода, свободная поверхность его бала бы горизонтальной. Однако кривая
текучести и свободная поверхность навоза в канале имеют параболический вид,
что указывает на наличие предела текучести.
Установлено, что вязкость навоза с повышением скорости движения его
по каналу сильно уменьшается. Чем выше скорость движения (течения), тем
ниже вязкость. С возрастанием сдвигающего напряжения в показательной степени повышается поток.
Текучесть, зависящая от структуры, называется псевдопластической текучестью. Указанная зависимость для навоза действительна только в диапазоне
верхнего и нижнего предела текучести. На практике это означает, что наибольшие трудности возникают там, где навоз стекает очень медленно, имеет максимальную вязкость, то есть в начале продольного канала.
Как указывалось выше, навоз крупного рогатого скота, убираемый самотеком, имеет ещё и тиксотропные свойства, то есть он затвердевает, как желе в
состоянии покоя, и разжижается опять при движении. Этот процесс зависит от
температуры и является обратимым. Это можно объяснить тем, что в состоянии
покоя, содержащиеся в навозе коллоиды поглощают воду, что и придает ему
тиксотропные свойства. Чем выше сдвигающее напряжение и чем интенсивнее
в результате этого скорость течения, тем больше из абсорбированного соединения освобождается вода, которая может свободно передвигаться между частицами. Если навоз останавливается, раннее освобожденная вода абсорбируется
коллоидами до насыщения и после некоторого промежутка времени навоз застывает. Так как этот процесс зависит от температуры, поперечные каналы
внутри помещений функционируют лучше, чем на открытом воздухе.
Навоз, убираемый самосплавом, нуждается в «свободной» воде. Для самотечной системы непрерывного действия содержание «свободной» воды в
навозе играет решающую роль, так как она является «смазывающим средством» между твердыми частицами, коллоидами и стенками канала. Связанная
в твердых компонентах навоза вода для текучести не имеет особого значения.
Текучесть навоза можно значительно улучшить добавкой небольшого количества воды. Повышение доли «свободной» воды происходит только тогда, когда
сам навоз полностью насыщен водой.
В процессе эксплуатации самотечных систем непрерывного действия
следует иметь в виду, что содержание «свободной» воды в навозе уменьшается
от: попадания остатков кормов; кормления кукурузным силосом; испарения и
др.
Установлено, что сплавная система надежно работает при бесподстилочном содержании животных на щелевых полах и кормлении их влажными или
сухими кормами. Использование в рационе в большом количестве силоса и зеленой массы, богатых содержанием сырой клетчатки, значительно уменьшает
текучесть навозной массы, а попадание в каналы остатков корма нарушает работу системы. Поэтому при таких рационах сплавную систему применять не
рекомендуется.
Нормальное функционирование сплавной системы осуществляется при
непременном выполнении четырех условий: 1) бесподстилочное содержание
или применение минимального количества подстилки, которое должно компенсироваться дополнительным сверх 15% значительным расходом воды; 2) тщательная герметичность шиберов и стенок лотков, которая достигается нанесением гидроизолирующих покрытий эпоксидным лаком; 3) температура в нижней части лотков должна быть не ниже +4 °С; 4) правильный выбор времени
пуска системы, когда навоз приобретает реологические свойства, но ещё не выпадает осадок.
Как показал опыт эксплуатации самосплавных систем в условиях Красноярского края жизнедеятельность микроорганизмов в морозы замедляется и
надежность работы системы уменьшается.
Выбор системы сбора навоза в условиях фермерского хозяйства должен
осуществляться исходя из следующих требований:
1. Надежность работы;
2. Использование типового оборудования;
3. Экономичность;
4. Увязка системы в технологическую линию удаления и утилизации
навоза.
В систему подачи навоза в навозохранилище обычно включаются погрузочные и транспортирующие средства.
Погрузка навоза осуществляется цепочно-скребковыми, шнековыми
транспортерами, пневматическими установками или поршневыми насосами.
Выбор погрузочного устройства взаимосвязан с выбором транспортного средства.
Твердый навоз в большинстве случаев вывозят в хранилища тракторными
прицепами.
Если хранилище не далее 30 м от животноводческих помещений, навоз
можно подавать и распределять в нем скребковыми транспортерами.
Транспортировку жидкого навоза в навозохранилище по каналам самотеком является самой экономичной. Однако такой способ может быть применен
только тогда, когда рельеф местности позволяет выдержать уклон канала не
менее 2,5%, то есть когда навозохранилище находится ниже животноводческих
помещений. Короткие каналы делают в виде желобов прямоугольного сечения,
сложенных из кирпича, собранных из железобетонных или отлитых из бетона.
Ширина таких каналов обычно бывает не менее 50 см. через каждые 20-25 м
длины канала делают смотровые колодца.
При большой протяженности навозопроводов первые 3 м их выполняют в
виде желоба прямоугольного сечения, а остальную часть из асбоцементных
труб диаметром 40-50 см.
Если рельеф местности не позволяет подавать навоз самотеком непосредственно в навозохранилище, как правило, предусматривают навозосборники с
насосами. Для откачки жидкого навозасборников в навозохранилища применяют фекальные насосы типа Ф и НФ, а в некоторых случаях и вертикальные
насосы типа ФВ.
Для перекачивания по трубам жидкого и полужидкого навоза из навозосборников в транспортные средства или навозохранилища применяют и шнековые насосы. Шнековый насос можно использовать в качестве питателя центробежного насоса при транспортировании навоза по трубам на дальние расстояния.
Использование перечисленных средств характеризуется рядом недостатков. Так применение мобильных средств для транспортировки навоза в хранилище ведет к необходимости ежедневного использования трактора с тележкой,
даже в праздничные и выходные дни, и загрязнению территории фермы. Кроме
того, мобильные средства, транспортеры, центробежные и шнековые насосы
исключают возможность нижней подачи навоза в навозохранилище, что в зимний период ведет к традиционному замораживанию всей массы. По этой причине не соблюдаются сроки внесения органических удобрений в весенний период и наблюдаются большие потери биогенных элементов. Нижняя подача
навоза в навозохранилища возможна при транспортировке навоза по трубам.
Она может осуществляться либо пневматическими, либо поршневыми установками.
Пневмотранспортирование навоза из животноводческих помещений в
навозахранилище является одним из наиболее эффективных способов. Создавая
лучшие санитарно-гигиенические условия на ферме, не загромождая её и не
требуя дополнительной производственной площади, пневматические установки
для транспортирования навоза в навозахранилища хорошо зарекомендовали себя во многих хозяйственных странах. Относительно широкое применение
транспортирования навоза с помощью пневматики получило в хозяйствах южной зоны страны (Краснодарском крае, Ростовской, Запорожской, Днепропетровской и других областях). Однако этот способ подачи навоза имеет существенный недостаток. При пневмоподаче происходит продувка навозной массы
воздухом, что ведет к перемешиванию её, возможному замерзанию и аэробному процессу с интенсивным разрушением биогенных элементов.
На кафедре МПППЖ КрасГАУ разработана и проверена на практике в с.
Никольск Майского района технология, включающая подачу навозной массы в
вертикальное навозохранилище снизу. Тем самым были созданы условия для
надежного биотермического обеззараживания от вредной микрофлоры и семян
сорняков в течение зимы. (А.с. №488982 от 25.12.1991.)
Использование таких хранилищ для свиного навоза из-за повышенной
влажности его потребует увеличения емкости фашины и создает опасность
протечек жидкой фракции в окружающую среду. Поэтому навозохранилища
для свиного навоза должны быть заглублены ниже уровня земли и промерзания
грунта с расположением достаточного количества абсорбента сверху. В качестве абсорбента и теплоизолятора используется солома или торф. Линия удаления и утилизации навоза работает следующим образом (рис. 1).
Рис. 1. Схема технологической лини удаления навоза:
1 – продувочный котел; 2 – компрессор; 3 – ресивер; 4 – датчик уровня
навоза; 5 – смотровой колодец; 6 – навозопровод; 7 – заглубленное навозохранилище; 8 – обратный клапан
Бесподстилочный навоз поступает через клапан с пневмоприводном в
продувочный котел 1. По сигналу датчика верхнего уровня о заполнении котла,
оператор поднимает закрывает клапан и подает сжатый воздух на вытеснение
навоза из котла 1 по навозопроводу 6 через клапан 8 в хранилище 7. По сигналу
датчика нижнего уровня об освобождении котла, прекращается подача сжатого
воздуха и включается компрессор для подачи оставшегося сжатого воздуха из
котла в ресивер и пополнения израсходованной части из атмосферы. Регулировкой датчиков уровня можно исключить или дозировать количество воздуха,
поступающего с навозом, и таким образом регулировать мезофильный или термофильный процесс в хранилище.
Предлагаемая система может быть выполнена в хозяйстве своими силами
без приобретения дорогостоящего оборудования. В качестве компрессора может быть использован компрессор тормозной системы автомобиля, т.к. давление продувки, как показывает опыт, составляет не более 0,4 МПа и зависит от
влажности навоза и диаметра трубопровода не менее 200 мм. Продувочный котел и ресивер могут быть выполнены из стальной водопроводной сварной трубы диаметром 0,3... 1,0 м. Причем, трубы диаметром более 1,0 м применять нежелательно из-за большой требуемой толщины плоских днищ продувочного
котла. Навозопровод может быть выполненным из полиэтиленовых труб диаметром 150...300 мм. Основные параметры предполагаемой системы для небольших свинарников представлены в таблице.
Таблица – Основные параметры пневмогидравлической системы навозоудаления
Поголовье Суточный выход
Диаметр
Длинна
свиней, гол.
навоза, кг
продувочного котла, м продувочного котла, м
10
0,5
0,5
1,8
50
350
0,3
5
1,0
1
0,5
3,7
100
700
0,3
10
1,0
1,5
0,5
5,3
150
1000
0,3
15
Ее использование позволит до минимума свести затраты труда и средств
на удаление навоза и получать высококачественное органическое удобрение.
Дальнейшая разработка кафедры МПППЖ направлена на создание способа управления биологическим процессом обработки навоза в хранилище с
целью получения наиболее качественного органического удобрения за счет исключения потерь биогенных веществ – азота, фосфора и калия. Для свиноферм
с заглубленными навозохранилищами и нижней загрузкой, управление биоло-
гическим процессом можно осуществлять за счет определенного количества
воздуха, подаваемого в распределительный коллектор хранилища. Количество
воздуха дозируется объемом «колена» на входе в коллектор. Для коровников с
вертикальными навозохранилищами на кафедре МПППЖ разрабатывается аналогичный способ обработки навоза за счет дозирования количества воздуха,
необходимого для термофильного процесса.
Таким образом, предлагаемая ПТЛ технология удаления навоза для фермерского хозяйства состоит из:
1. Самосплавной системы сбора навоза;
2. Пневмоподачи массы из продувочного котла по трубам в хранилище;
3. Вертикальных наземных хранилищ для коровников и заглубленных
для свинарников с нижней загрузкой.
Из промышленных установок для устройства такой поточнотехнологической линии потребуется приобретение только компрессора, производительность которого может быть уменьшена за счет возврата части вытесняющего воздуха в ресивер.